Hybridmaterial av grafenoxid och silica-nanopartiklar för vattenrening och andra membranapplikationer (avslutat)

Hybridmaterial av grafenoxid och silica-nanopartiklar
Hybridmaterial av grafenoxid och silica-nanopartiklar

Syfte och mål
Att konstruera och bedöma potentialen för ett nano-hybridmaterial (GOSiO) av grafenoxid (GO) och silicapartiklar för membranapplikationer, speciellt vattenrening.

Planerat upplägg och genomförande
Förstudien involverar fem aktörer, som inte tidigare samarbetat: ENWA Water Technology AB, Akzo Nobel PPC, Chalmers (Teknisk Fysik), Biolin Scientific AB och Insplorion AB. Var och en bidrar med speciell expertis, som tillsammans ger projektet en mycket stark ‘competitive edge’. GOSiO-membranen byggs upp lager-för-lager med kommersiellt tillgängligt grafenoxid och silicapartiklar från Akzo Nobel. Den kontinuerliga lagertillväxten kommer att analyseras med hjälp av en mikrogravimetrisk metod (QCM-D) och en optisk metod, Nanoplasmonisk Sensing (NPS).

Effekter och resultat
Projektmålet var att bygga hybridmaterial av grafenoxid (GO) och nanopartiklar (NP), samt göra preliminära applikationstester av sådana ”filter” för vattenrening. Uppbyggnaden av lager-för-lager strukturer av GO och NP av silica (SiO2) var framgångsrikt och har resulterat i en artikel som kommer att sändas in för publikation under våren 2017.

Vi påvisade även inbindning av protein (Hb) i filterstrukturen. Det pekar mot en annan applikation än vattenrening, nämligen separation. Filterstrukturens porositet och porstorlek kan varieras genom variation av NP-storleken. Separationsegenskaperna kan varieras kemiskt genom funktionalisering av GO och NP.

Målet vad gäller framställning av filterstrukturer uppfylldes. Metoden kan tillämpas generellt på olika GO-kombinationer. Målet att testa på vattenrening nåddes inte. Den viktigaste insikten var att lager-för-lagerstrukturer av GO-NP kan byggas steg för steg och att de erbjuder en stor potential för rening (av vatten och luft) och separation.

Projektet bedömer den utpekade riktningen som mycket intressant för olika typer av separation (inklusive vattenrening), men att betydande forskningsinsatser behövs beträffande:

  • kemisk funktionalisering av NP och GO och tillhörande karakterisering
  • variation av porstorlek
  • processteknisk utveckling för snabb och billig tillverkning av strukturerna.

Vi behöver finna intresserade partners inom vattenrening alternativt separation.

Abstract in english

Hybrid materials of graphene oxide and silica nanoparticles for water purification and other membrane applications

Purpose and goal
To design and assess the potential of a nano hybrid material (GOSiO) of graphene oxide (GO) and silica particles for membrane applications, especially for water purification.

Scheduled planning and implementation
The preliminary study involves five partners who have not previously co-operated: ENWA Water Technology, Akzo Nobel PPC, Chalmers (Technical Physics), Biolin Scientific and Insplorion. Everyone contributes with special expertise, which together gives the project a very strong competitive edge. The GOSiO membranes are built up layer-by-layer with commercially available graphene oxide and silica particles from Akzo Nobel. The continuous layer growth will be analyzed using a microgravimetric method (QCM-D) and an optical method, Nanoplasmonic Sensing (NPS).

Effects and results
The project goal was to build hybrid materials of graphene oxide (GO) and nanoparticles (NP), as well as make preliminary application tests of such "filters" for water purification. The construction of layer-by-layer structures of GO and NP of silica (SiO2) was successful and has resulted in an article that will be submitted for publication in spring 2017. We also detected binding of protein (Hb) into the filter structure. It points to a different application than water purification, namely separation. The porosity and pore size of the filter structure can be varied by variation of the NP size. The separation properties can be varied chemically through the functionalization of GO and NP.

The goal for the production of filter structures was met. The method can be applied generally to different GO combinations. The goal of testing water treatment was not reached. The most important insight was that layer-by-layer structures of GO-NP could be built step by step and that they offered a high potential for purification (of water and air) and separation. The project assesses the designated direction as very interesting for different types of separation (including water purification), but significant research efforts are needed regarding:

• Chemical functionalization of NP and GO and associated characterization
• Pore size variation
• Process engineering for fast and cheap manufacturing of the structures.

We need to find partners interested in water purification or separation.

Utlysning:
Förstudieprojekt samt Forsknings- och Innovationsprojekt 2015

Projektpartners: Chalmers (Teknisk Fysik), ENWA Water Technology AB, Akzo Nobel PPC, Biolin Scientific AB och Insplorion AB

Projektledare: Bengt Herbert Kasemo, Chalmers

E-mail: kasemo@chalmers.se

Bidrag: 500 000 kr

Projektets löptid: 2015-2016

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: